Лекции - Экологические дисциплины - файл n7.doc

Лекции - Экологические дисциплины
скачать (2915.6 kb.)
Доступные файлы (7):
n1.doc131kb.07.01.2008 18:59скачать
n2.doc43kb.07.01.2008 19:02скачать
n3.doc138kb.07.01.2008 19:02скачать
n4.doc51kb.07.01.2008 19:01скачать
n5.doc663kb.07.01.2008 19:01скачать
n6.doc107kb.07.01.2008 19:00скачать
n7.doc2515kb.07.01.2008 19:00скачать

n7.doc

Лекция №6

Биосфера. Биогеохимические циклы. Ноосфера.
1.Биосфера.

2.Биогеохимические циклы.

3. Биогеохимические принципы В.И.Вернадского.

4. Ноосфера

1.Биосфера



Биосфера – «область жизни», пространство на поверхности земного шара, в котором распространены живые существа. Термин был введен в 1875 г. австрийским геологом Эдуардом Зюссом. Обсуждая особенности Земли как планеты, он писал: «Одно кажется чужеродным на этом большом, состоящем из сфер небесном теле, а именно органическая жизнь… На поверхности материков можно выделить самостоятельную биосферу»1. Э.Зюсс, таким образом, рассматривал биосферу в чисто топологическом смысле – как пространство, заполненное жизнью. Термин вошел в обиход, не имея четкого определения.

Еще раньше, в 1802 г., знаменитый французский ученый Ж.Б.Ламарк, не употребляя термина «биосфера», отметил планетарную роль жизнь в формировании земной коры как в настоящее время, так и в прошлые этапы истории планеты, предвосхитив таким образом современный взгляд на это понятие. На рубеже XIX-XX вв. идея о глобальном влиянии жизни на природные явления была обоснована в трудах крупнейшего ученого-почвоведа В.В.Докучаева.

Развернутое учение о биосфере создано и разработано акад. В.И.Вернадским, опубликовавшим в 1926 г. свой классический труд «Биосфера». Принципиальные положения учения В.И.Вернадского о биосфере органически сочетают подходы его предшественников. С одной стороны, он рассматривает биосферу как оболочку Земли, в которой существует жизнь. В этом плане В.И.Вернадский различает газовую (атмосфера), водную (гидросфера) и каменную (литосфера) оболочки земного шара как составляющие биосферы, области распространения жизни. С другой стороны, В.И.Вернадский подчеркивал, что биосфера – не просто пространство, в котором обитают живые организмы; ее состав определяется деятельностью живых организмов, представляет собой результат их совокупной химической активности в настоящем и в прошлом.

Фундаментальным отличием живого вещества от косного является охваченность его эволюционным процессом, непрерывно создающим новые формы живых существ. Многообразие форм жизни и их многофункциональность создают основу устойчивого круговорота веществ и канализированных потоков энергии. В этом специфика и залог устойчивости биосферы как уникальной оболочки земного шара.

Таким образом, биосфера, по В.И.Вернадскому, представляет собой одну из геологических оболочек земного шара, глобальную систему Земли, в которой геохимические и энергетические превращения определяются суммарной активностью всех живых организмов – живого вещества. Человечество входит в эту систему как ее составная часть. «Человечество как живое вещество непрерывно связано с материально-энергетическими процессами определенной геологической оболочки Земли – с ее биосферой. Оно не может физически быть от нее независимым ни на одну минуту» (В.И.Вернадский, 1944).

Биосфера как арена жизни

Активная деятельность живых организмов охватывает относительно небольшой слой поверхностных оболочек нашей планеты. Его границы определяются комплексом условий, допускающих устойчивое существование сообществ живых организмов. В состав биосферы входят нижняя часть атмосферы, гидросфера и поверхностные слои литосферы, преимущественно подвергшаяся выветриванию с участием живых организмов ее часть – почва (педосфера или эдафосфера).

Каждая из этих геологических оболочек планеты имеет свои специфические свойства, которые определяют набор форм живых организмов, обитающих в данной части биосферы, их основные морфофизиологические особенности, формируя своим влиянием принципиальные пути эволюции и становление фундаментальных черт жизненных форм наземных, водных и почвенных организмов. Таким образом, воздушная, водная и почвенная оболочки земного шара представляют собой не просто пространство, заполненное жизнью, но выступают как основные среды жизни, активно формирующие ее состав и биологические свойства.

Всю совокупность живых организмов он обозначил термином живое вещество, противопоставляя его косному веществу, к которому относил все геологические образования, не входящие в состав живых организмов и не созданные ими. Третья категория вещества в биосфере, по В.И.Вернадскому, это биокосное вещество. Сюда он причислял комплекс взаимодействующих живого и косного веществ (океанические воды, нефть и т.п.; важнейшее значение как биокосное вещество имеет почва). Наконец, существует биогенное вещество – геологические породы, созданные деятельностью живого вещества (известняки, каменный уголь и т.п.). В.И.Вернадский считал, что земная кора представляет собой остатки былых биосфер.

Поле существования жизни определяется:

  1. Достаточной концентрацией кислорода (~21%) и СО2

  2. Достаточным количеством воды

  3. Благоприятной температурой

  4. Прожиточным минимумом минеральных веществ

Экосфера (биосфера) – планетарная совокупность биомов.

Функции экосферы (биосферы):

- газовая

- концентрационная

- окислительно-восстановительная

- информационная

- средообразующая

- средорегулирующая


2. Биогеохимические циклы
В экосистеме происходит постоянный круговорот питательных веществ: питательные вещества из абиотической переходят в биотический компонент под действием энергии солнца, затем возвращаются в виде отходов жизнедеятельности или мертвых организмов. Такой круговорот называют биогеохимическим циклом. Движущей силой этих круговоротов служит в конечном счете энергия Солнца. Фотосинтезирующие организмы непосредственно используют энергию солнечного света и затем передают ее другим представителям биотического компонента. В итоге создается поток энергии и питательных веществ через экосистему. Необходимо еще отметить, что климатические факторы абиотического компонента, такие, как температура, движение атмосферы, испарение и осадки, тоже регулируются поступлением солнечной энергии.

Большой круговорот – геологический

Малый круговорот - биологический

Биогеохимический цикл – замкнутый путь движения химических элементов. Различают резервный и обменный фонд.

Резервный фонд – большая небиологическая часть медленно движущихся веществ

Обменный фонд – меньшая, подвижная часть, обмен между живыми организмами и окружающей средой.

Газообразные циклы – резервный фонд химических элементов в атмосфере и гидросфере.

Осадочные циклы – резервный фонд в земной коре.




Цикл натрия



Преобладание растворимого катиона Na+ в биосфере обуславливает присутствие больших масс натрия во всех типах природных вод, в которых он связан эквивалентными соотношениями с анионами Cl, SO42- и отчасти с НСО-31. В педосфере натрий играет важную роль в процессах катионного обмена. Высокое содержание натрия в поглощенном комплексе почв способствует диспергации почвенных агрегатов и образованию солонцев. Натрий принимает активное участие в засолении почв, в которых он образует соли с Cl- и SO4 2- . Масса натрия в педосфере пока не определена количественно. Несмотря на активное участие в континентальном галогенезе, огромная аккумуляция натрия в океане характеризует натрий как типичный талассофильный элемент .

В организмах соли натрия (главным образом хлориды) имеют важное значение. Хлорид натрия является обязательным компонентом жидких тканей животных (плазмы, крови, лимфы) и клеточного сока растений, играет важную роль в поддержании кислотно-щелочного равновесия, регулирует осмотическое давление и влияет на содержание воды в тканях и др. В силу важной физиологической роли хлорид натрия в большом количестве поглощается растительными и особенно животными организмами, его недостаток вызывает тяжелые заболевания.

Живое вещество Земли на протяжении года пропускает через себя около 4,6-109т натрия, причем на суше в биологический круговорот вовлекается 0,2-109т, а в океане почти в 20 раз больше. Натрий активно сорбируется осадками морей, поэтому в осадочной оболочке содержится его большая масса.
Глобальный цикл хлора.
В биологический круговорот на суше захватывается около 0,34*109 т/год хлора. В морской воде его концентрация значительно выше и он составляет около 3% сухой массы организмов. На протяжении года биота Мирового океана вовлекает в круговорот примерно 4,4*109 т хлора, т.е. на порядок больше чем на суше.

Как следует из изложенного, в структуре глобальных циклов массобмена натрия и хлора много общего: преобладание хорошо растворимых форм, активная водная миграция с континентов в океан и возвратный атмосферный перенос значительных масс с океана на сушу, ведущая роль обоих элементов в процессе галогенеза.
Глобальный цикл углерода.
Циклические процессы массообмена углерода имеют особо важное значение для биосферы. Распределение масс этого элемента следующее. В атмосфере по уточненным данным (Г.В. Войткевич, 1986) находится 2450*109 т углерода. Ежегодная нетто-биопродукция экосферы по С составляет ~ 60 Гт. Такое же количество освобождается в процессах дыхания и деструкции. Период обновления углерода в биосфере 60 лет (для биомассы 10 лет). В океане углерод (помимо его содержания в живых организмах) присутствует в двух главных формах: в составе органического вещества (растворенного в воде и отчасти находящегося в виде взвешенных дисперстных частиц) и в составе взаимосвязанных ионов НСО-3, СО2-3 и СО2.

Основная масса живых организмов находится на суше и в перерасчете на сухое вещество составляет 2500*109 т.

Закономерности распределения углерода в земной коре показывают, что существует две главные группы форм нахождения углерода: карбонатные и органические соединения. Следует подчеркнуть, что и те и другие биогенны. Карбонаты небиогенного происхождения – довольно редкое исключение из общего правила (например, вулканические карбонатиты).

Современный глобальный биогеохимический цикл углерода состоит из двух крупных циклов более низкого ранга. Первый из них обусловлен связыванием углекислого газа в органическое вещество путем фотосинтеза и новым образованием СО2 в процессе трансформации первичного органического вещества организмами - гетеротрофами и почвенными микроорганизмами. Если бы этот цикл был полностью замкнутым, то количество поглощенного при фотосинтезе углекислого газа должно полностью возвращаться в исходный резервуар – атмосферу. В действительности этого не происходит. Только на суше (в гумусе педосфере) за время не более 1000 лет накоплено углерода в 2 раза больше, чем его содержится в атмосфере.

Второй крупный биогеохимический цикл углерода связан с взаимодействием СО2 атмосферы и природных вод. Между газами тропосферы и поверхностным слоем океана существует подвижное равновесие. Растворимость газов в воде зависит от давления, температуры, а также от количества растворенных солей. Увеличение растворимости по мере роста парциального давления согласно зависимости Дальтона-Генри. В пресной воде газы растворяются больше, чем в соленой, но количество пресной воды на поверхности Земли неизмеримо меньше, чем соленой.

Потребление СО2 из воздуха:

1) в результате фотосинтеза

2) с карбонатами океана СО2 + Н2О + СаСО3 ? Са(НСО3)2

3) при выветривании горных пород

Fe2S3 + 6CO2 + 6H2O ? 2Fe(HCO3)2 + 3H2S

Поступление СО2 в атмосферу:

1) в результате дыхания

2) минерализация органических веществ

3) выделение по трещинам земной коры из осадочных пород

4) при извержении вулканов

5) сжигание топлива.

В результате распахивания земель, строительства городов и дорог, вырубки лесов биомасса растительности суши сократилась примерно на 25%. Соответственно изменились массы химических элементов, участвующие в биологическом круговороте, масса связываемого углерода и выделяемого кислорода. Еще больший деструктивный эффект вызывает сжигание минерального топлива, сопровождающееся изъятием значительных масс кислорода из атмосферы и образованием газообразных соединений углерода. Среди эти соединений преобладают СО и СО2. Суммарное поступление углерода из техногенных истоков в атмосферу оценивается в 5*109 т/год. Поступление указанного количества в глобальный круговорот углерода не деформирует распределение масс элемента в биосфере, но может иметь последствия в связи с упомянутым ранее «парниковым эффектом».

Сжигание более 90% горючих веществ происходит в северном полушарии, что отражается на неравномерном распределении оксида углерода. Максимальные концентрации СО2 приурочены к полосе между 40 и 50є с.ш., где расположены главные центры индустрии.



Влияние живого вещества на геохимию кислорода и водорода в биосфере.

Кислород на Земле – первый по распространенности элемент.

Исходным «сырьем» для образования кислорода посредством реакций фотолиза и фотосинтеза служит вода. Связывание 1г углерода в органическое вещество при реакции фотосинтеза сопровождается выделением примерно 2,7г кислорода в результате расщепления молекул воды. Как ранее упоминалось, наличие органического вещества установлено в древних осадочных отложениях, имеющих возраст до 3,8 млрд.лет. Следовательно, выделение кислорода при фотосинтезе продолжалось на протяжении огромного времени. Согласно данным А.Б. Ронова и др. (1976) можно считать, что в осадочной оболочке Земли содержится около 15*1015т Сорг. Этому количеству соответствует 40* 1015т О2. В настоящее время в атмосфере содержится 1,185* 1015т кислорода. Следовательно, более 38*1015т О2 было израсходовано на процессы окисления.

Исходя из продуктивности растительного покрова Мировой суши, не нарушенного человеком, выделение кислорода можно оценить в 220*109т О2 в год. В настоящее время после вырубки части лесов и уничтожения природной растительности на большой площади продуктивность растительности, как уже говорилось, сократилась примерно на 25% и выделение кислорода составляет около 165*109т/год. Фотосинтез в океане (продукция Сорг от 40 до 60*109т/год ) поставляет в атмосферу от 110*109 до 160*109 Сорг , в среднем 130*109т О2 в год. Суммарное выделение кислорода фотосинтетиками суши и океана составляет около (300-350)* 109т/год.

Количество кислорода в атмосфере равно 1,185*1015т. При выделении кислорода ( 280-300)*109т/год указанное количество может быть удвоено примерно за 4000 лет. Но этого не происходит, так как на протяжении года разными путями разлагается такое количество органического вещества, которое почти равно образованному при фотосинтезе, и при этом поглощается почти весь кислород. Тем не менее благодаря сохранению части органического вещества свободный кислород постепенно накапливался в атмосфере.

Второй миграционный цикл свободного кислорода связан с массообменом в системе тропосфера – природные воды. В 1л воды растворено от 2 до 8 см3 О2. Следовательно, в воде океана находится от 3*109 до 10*109м3 растворенного кислорода. Холодная вода высоких широт поглощает кислород; поступая с океаническими течениями в тропический пояс, она выделяет О2. Поглощение и выделение кислорода происходят также при смене теплых и холодных сезонов года. По подсчетам А.П. Виноградова (1967) в годовой массообмен между атмосферой и океаном вовлекается около 0,5% атмосферного кислорода, т.е. 5900*109 т. Это почти в 20 раз больше биогенного продуцирования кислорода.

С круговоротом кислорода тесно связано образование озона.

h=О2=2О; О+О23

5% поступающей на Землю солнечной энергии тратится на образование озона.



Глобальный цикл серы.
Сера –характерный представитель группы активно дегазируемых элементов. В то же время поступление серы в атмосферу по сравнению с инертными газами или СО2 сильно затруднено. Это связанно со следующими обстоятельствами . Среди газообразных соединений серы, выделяющихся с вулканическими газами, наиболее обычными являются диоксид серы IV и сероводород. В процессе активного дегазирования мантии и прохождения через толщи горных пород растворяются в подземных водах. При этом Н2S активно восстанавливает тяжелые металлы, образуя трудно растворимые сульфиды, главным образом дисульфид железа (пирит), а SО2 частично связывается в составе также плохо растворимых сульфатов кальция, бария, стронция. В результате указанных реакций значительная часть дегазируемых соединений серы трансформируется в твердые минералы, среди которых наиболее распространен пирит FeS2.

Часть диффундирующих через земную кору газообразных соединений серы, а также сернистые газы вулканических выбросов и газово-жидких выделений наземных и подводных гидротерм поступает в систему Мирового океана и педосферу. При этом значительная часть газов захватывается бактериями в своеобразный микробиологический круговорот.

Сера – обязательный компонент живого вещества в силу того, что она входит в состав белков, в молекулярной структуре которых играет важную роль. В составе живого вещества Мировой суши, образованного в основном высшими растениями, концентрация серы невелика – по данным Х. Боуэна 0,34% сухой биомассы. В животных и бактериях из-за большого содержания в биомассе белков концентрация серы значительно выше. Отношение С:S в белках около 16, в углеродах – 80, в наземных растениях – более 200, в животных - около 70. Количество серы, находящейся в биомассе суши, равно 8,5*109т, в фотосинтетиках океана – 0,07*109т, в консументах океана – 0,05*109т. Концентрация серы в неживом органическом веществе суши (лесных подстилках, торфе, гумусе почв), по видимому, близка к 0,5% сухого вещества. Если эта цифра верна, то масса серы, находящаяся в органическом веществе педосферы, равна 15,5*109т.

Как следует из изложенного, своеобразие глобального цикла серы в биосфере обусловлено следующими тремя причинами. Во первых, способностью этого элемента под влияниями микробиологических процессов образовывать газообразные соединения (SO2 , H2S и некоторые другие) и благодаря этому активно участвовать в массообмене между сушей и океаном, с одной стороны, и атмосферой – с другой. Во вторых, трансформацией сернистых газов в хорошо растворимые сульфаты и заменой газовой миграцией серы на водную. Это происходит благодаря быстрому окислению восстановленных и недокисленных сернистых газов кислородом атмосферы и образованием хорошо растворимых сульфатов, легко вымывающихся из атмосферы и включающихся в водную миграцию. В третьих, широким развитием сульфатредуцирующих бактериальных процессов в водных бассейнах и гидроморфных ландшафтах, в которые поступают с водой растворенные сульфаты. Образующийся при разрушении сульфатов сероводород переводит растворенные в воде железо и другие металлы в форму труднорастворимых сульфидов, которые уходят в осадки морей и надолго прочно связывают крупные массы серы.

Так, фототрофные пурпурные серные бактерии окисляют сероводород с образованием в качестве метаболита сульфата:

H2S+СО2 = СН2О+ SО42-

Условием для продолжения деятельности серных бактерий является удаление главного продукта обмена – сульфат - ионов; удаление обеспечивается деятельностью вторичных бактерий, для которых субстратом служит сульфат, а метаболитом – сероводород. Этой реакцией заканчивается малый цикл серы.

Поступление соединений серы, образованных в результате хозяйственной деятельности людей, в атмосферу , педосферу и природные воды являются одним из наиболее сильных проявлений воздействия человечества на окружающую среду.

Основной техногенный поток серы в атмосферу связан с эмиссией сернистых газов, образующихся при сжигании минерального топлива и выплавке металлов. Главным путями загрязнения природных вод растворимыми соединениями серы является смыв удобрений в гидрографическую сеть и сточные воды предприятий химической промышленности. Более 95% выбросов техногенных сернистых газов приходится на SО2 и ее производные – SО3 и Н24, котрые способствуют активизации коррозии металлов, оказывают поражающее действие на растения, животных и человека. Согласно И.И. Альтшулеру (1980), в середине 70-х годов из разных источников в атмосферу ежегодно поступало 120*106т SО2 и (4-5)* 106Н2 S. По имеющимся прогнозам, это количество к 2000 г. должно возрасти до (300-450)* 106т/год. В атмосфере происходит быстрая трансформация SО2 в SО3 и затем в Н24. При взаимодеиствии с постоянно присутствующим в тропосфере аммиаком образуется сульфат аммония. В определенных условиях часть SО2 вымывается атмосферными осадками, поглощается растениями и почвой. Большая часть SО2 окисляется до SО42-, который является самым распространенным ионом атмосферных осадков. Общее количество серы, поступающей в атмосферу из индустриальных истоков, составляет около (100-110)*109т S в год.

Определенный вклад в движение масс водорастворимых соединений серы, в частности в водный сток с континентов, вносит смыв минеральных удобрений – около (20-30)*109т в год. Примерно такое же количество серы поступает со сточными водами промышленных предприятий химической, горной и металлургической промышленности.


Глобальный цикл азота.
Азот – один из элементов, отделившихся в газовой фазе уже на этапе формирования Земли в процессе ударной дегазации. В дальнейшем выделении газообразных соединений азота из недр Земли продолжалось при извержении вулканов, выносе гидротерм и газовых струй. Газообразный молекулярный азот благодаря химической инертности является наиболее устойчивой формой нахождения этого элемента. По этой причине N2 изначально аккумулировался в атмосфере, а не концентрировался в форме растворенных соединений в воде океана, как хлор, или в форме нерастворимых соединений в осадках океана, как углерод в составе карбонатных толщ. В настоящее время поступление газообразных соединений азота из недр Земли в атмосферу, по-видимому, близко 1,0*106т/год.

Основная масса азота в форме N2 сосредоточена в атмосфере, в которой содержится в количестве 3866000*109т. Часть газа N2 растворена в воде Мирового океана. При равновесии газов атмосферы с водой океана в последнем может быть растворено от 115000*109т до 200000*109т N2.

В океане азот присутствует также в виде растворенных ионов, в составе растворенного и дисперсно - взвешенного органического вещества. Масса азота, находящегося в форме растворенных ионов NН4+, NО2 - и NО3-, составляет 685*109т.

Итак, главным постановщиком азота в биосферу являются недра Земли, основным накопителем – атмосфера, точнее – тропосфера. Наряду с N2 в атмосферу систематически поступают другие газообразные соединения азота: NН3, N2О, NО, 2. Их накопления не происходит благодаря фотохимическим реакциям. Фотохимическая диссоциация паров воды с последующей диссоциацией водорода способствует присутствию сильного окислителя ОН-. Радикал (ОН-) соединяется с NО, NО2 , образуя азотистую и азотную кислоты, а в дальнейшем их соли – нитриты и нитраты. Наряду с оксидами азота в атмосфере присутствует восстановленное соединение азота – аммиак. В кислородсодержащей атмосфере он реагирует с оксидами серы и образует кислый сульфат аммония NH4HSO4. Это соединение, так же как нитраты и нитриты, легко вымываются атмосферными осадками.

Основная часть этого элемента, находящаяся в атмосфере в химически неактивной форме N2 , недоступна для главных продуцентов- зеленых растений суши. Но химическая неактивность молекулярного азота не означает его геохимической стабильности. Существуют некоторые виды бактерий, способные активизировать молекулярный азот и связывать его в химические соединения. Этот процесс получил название Фиксации азота. Промышленная фиксация азота идет в присутствии катализаторов при t~500С и давлении ~300 атм.

В организмах большая часть азота присутствует в форме соединений, в состав которых входит аминогруппа NН2, или в виде аммония. В процессе биохимической фиксации расщепляется молекула N2 и атомы аммиака. Этот процесс протекает с помощью фермента нитрогеназы. Аммиак и ион NH4+, могут поглощаться корнями растений и как уже отмечено, входить в состав аминокислот.

Фиксацию азота осуществляют отдельные специализированные бактерии семейства Azotobacteracea и в определенных условиях синезеленые водоросли. Наиболее продуктивны азотофиксирующие клубеньковые бактерии, образующие симбиозы с бобовыми растениями. Массам азота, фиксируемая из воздуха почвенными бактериями до начала хозяйственной деятельности человека, оценивается разными авторами от 30-40 до 200*106 т/год. В настоящее время к этому добавляется искусственная биологическая фиксация, получаемая при помощи бобовых сельскохозяйственных растений (около 20*109 т/год), а также промышленная фиксация азота из воздуха превысила 60-90*106 т/год.

Рассмотренный цикл –фиксация молекулярного азота – аммонификация мертвого органического вещества – нитрификация – денитрификация имеет наиболее важное значение для глобального массообмена азота, так как этот цикл обеспечивает основной поток азота из его главного резерва – атмосферы. Кроме того из атмосферы выводится определенное количество N2, окисляемого в результате электрических разрядов и затем вымываемого в виде иона NО3-, но это количество значительно меньше массы биологически фиксируемого азота и составляет (10-40)*106 т/год.

Часть азота выводится из биологического круговорота и аккумулируется в мертвом органическом веществе. Этот своеобразный запас азота в лесных подстилках, торфе и почвенном гумусе постоянно поддерживается в педосфере и свидетельствует о некоторой заторможенности биологического круговорота.

Промышленная фиксация атмосферного азота – наиболее сильное вмешательство человечества в систему природных глобальных циклов массообмена химических элементов в биосфере. Кроме того, значительное количество азота (около 40*106 т/год) в форме оксидов поступает в атмосферу с выбросами промышленных предприятий и транспорта, образующимися при сжигании минерального топлива, а также в гидросферу с бытовыми и промышленными стоками.

Круговорот азота сопряжен с круговоротом углерода. Соотношение между этими элементами в составе глобальной биомассы постоянно: С:N=55:1. Круговорот азота составляет 1Гт/г. В почве C:N=
























3. Биогеохимические принципы В.И.Вернадского
1. Биогенная миграция атомов химических элементов в биосфере всегда стремится к максимальному своему проявлению. Прогрессивная эволюция любой экосистемы ведет к увеличению суммарного протока энергии через нее. Эта закономерность проявляется в способности живого к распространению, развитию, во «всюдности жизни».

2. Эволюция видов в ходе геологического времени, приводящая к созданию устойчивых в биосфере форм жизни, идет в направлении, усиливающем биогенную миграцию атомов. Согласно этому принципу преимущества в ходе эволюции получают те организмы, которые приобрели способность усваивать новые формы эенргии или «научились» полнее использовать химическую энергию, запасенную в других организмах.

3. Живое вещество находится в непрерывном химическом обмене с космической средой, его окружающей, и создается и поддерживается на нашей планете космической энергией Солнца. Этот принцип очень важен для понимания тех процессов, которые обычно называют «самоорганизацией биологических структур».

4. Ноосфера



Термин «ноосфера» впервые появился в 1926-1927 г.г. в статьях французских ученых П. Тейяра де Шардена и Эжена Леруа, написанных после того, как они прослушали в Сорбонне курс лекций В.И.Вернадского по проблеме гео- и биогеохимии. Сам Вернадский начал использовать этот термин позднее. За год до смерти им написана статья «Несколько слов о ноосфере», в которой приводятс доказательства, что разумная деятельность человека – не только его внутреннее дело. Биосфера переходит в новую стадию – ноосферу (что означает «мыслящая оболочка» или «сфера разума»), для которой характерна тесная взаимосвязь законов природы с социально-экономическими законами.

Ноосфера – результат совместной эволюции природы и общества, но необходимо изменить ценности общества. В будущем - достижение человеком автотрофности (независимость от органических ресурсов).

Предпосылки создания ноосферы:

Сложные взаимоотношения, поддерживающие устойчивый круговорот веществ, а с ним и существование жизни как глобального явления нашей планеты, сформировались на протяжении длительной геологической истории Земли. В последнее время положение резко изменилось. В течение одного столетия стремительный прогресс науки и техники привел к тому, что по масштабам влияния на биосферные процессы деятельность человечества стала сопоставимой с естественными факторами, определявшими развитие биосферы на протяжении предыдущей ее истории.

В наши дни вступает в силу разработанная акад. В.А.Вернадским концепция ноосферы2- сферы ведущего значения человеческого разума. «Человечество, взятое в целом, - писал В.И.Вернадский, - становится мощной геологической силой. И перед ним, перед его мыслью и трудом встает вопрос о перестройке биосферы в интересах свободно мыслящего человечества как единого целого. Это новое состояние биосферы, к которому мы, не замечая этого, приближаемся, и есть ноосфера».

Мысль о роли человечества, на базе научных знаний преобразующего биосферу на благо каждого человека, не оставляла В.И.Вернадского весь последний период его жизни. «Ноосфера есть новое геологическое явление на нашей планете», - писал он в той же статье «Несколько слов о ноосфере» (1944). «В ней впервые человек становится крупнейшей геологической силой. Он может и должен перестраивать своим трудом и мыслью область своей жизни» (В.И.Вернадский, 1967. С. 356).

К сожалению, концепция В.И.Вернадского о человеческом разуме как ведущей силе преобразования биосферы пока оправдалась лишь частично. Действительно, прогресс разума в виде научных, технических и технологических достижений дал в руки человека силы, достаточные для изменения биосферных процессов, извлечения непосредственной пользы из ресурсов биосферы. Того же разума не хватило, чтобы эксплуатировать эти ресурсы, не входя в противоречие естественными законами существования биосферы как единого целого. В результате современное человечество, обладая огромными возможностями, реализует их (притом не всегда это понимая) против собственных интересов, нарушая сложившиеся за многие миллионы лет эволюции взаимоотношения, поддерживающие устойчивость биосферы.

Характер и масштабы влияния человека на окружающую его среду определяются двойственностью его положения в биосфере. С одной стороны, человек – биологический объект, входящий в общую систему круговорота и необходимо связанный со средой сложной системой трофических и энергетических взаимодействий и адаптаций. В этой системе связей человек как вид занимает нишу гетеротрофного консумента – полифага с аэробным типом обмена.

С другой стороны, человечество представляет собой высокоразвитую социальную систему, которая предъявляет к среде широкий круг небиологических требований, вызванных техническими, бытовыми, культурными потребностями и прогрессивно возрастающих по мере развития науки, техники и культуры. В результате масштабы использования естественных (прежде всего биологических) ресурсов существенно превышают чисто биологические потребности человека. В связи с этим возникает ситуация переэксплуатации биологических ресурсов, нарушаются естественные трофические связи, возрастает доля органического вещества, не возвращаемого в круговорот.

Социально-технические потребности человека связаны с отчуждением из окружающей природы веществ, которые не входят в биогенный круговорот и соответственно не возвращаются в исходное состояние и не возобновляются. Так возникает проблема невозобновимых ресурсов. В свою очередь, многие продукты технологической переработки биогенных и абиогенных веществ также не включаются в круговорот: не имея специфических биологических деструкторов, они не разлагаются, а накапливаются как загрязнители биосферы. Таким образом, в принципе загрязнение биосферы – прямое следствие современных форм хозяйства. Токсичность многих продуктов, выводимых в окружающую среду, нарушает структуру и функции естественных биологических систем, т.е. в конечном итоге нарушает биологические условия жизни человека.

Наступает кризисная ситуация: человечество как социальная система функционирует намного шире, чем как биологическая, нарушая сбалансированный в процессе эволюции биологический круговорот. В результате неизбежно ухудшается качество среды. Выход видится в использовании разума человечества (в виде суммы знаний и технологических разработок) не только для эксплуатации естественных ресурсов, но и для сохранения и умножения. Сложившаяся ситуация не может быть изменена естественными эволюционно сформировавшимися системами регуляции на разных уровнях организации живой материи. Решение проблемы предусматривает активное регулирующее вмешательство человека в биосферные процессы. Вплоть до направленного контроля численности и биологической активности экономически значимых видов и формирования искусственных экосистем с заданными свойствами. В основе решения этой задачи должны лежать глубокие знания естественных законов формирования и функционирования биологических систем различного ранга.

В подходе к этим проблемам намечаются два аспекта. Первый связан с изучением механизма влияния антропогенных воздействий на биологические системы, адаптивных реакций последних на воздействия, диапазонов приспособляемости биологических систем к отдельным факторам и их комплексам. По существу, это проблема устойчивости биологических систем к средовым и антропогенным факторам. Полученные данные открывают возможность разработки экологических параметров оценки состояния систем, а также нормативов хозяйственной нагрузки, предельно допустимых доз вредных веществ, квот изъятия объектов эксплуатации и т.п.

Второе: даже в отсутствие прямых воздействий на природные системы человечество всей своей повседневной деятельностью меняет условия их существования. Изменение ландшафтов, режим вод, непредумышленный завоз многих видов за пределы естественных ареалов, как и многие другие воздействия, ведут к перестройке состава и структуры экосистем. Города и промышленные районы, агроценозы и биокультуры – новые экосистемы, возникшие на технологической основе, но живущие по экологическим законам. Встает задача сознательного управления экологическими системами с целью повышения продуктивности, конструирования устойчивых в условиях антропогенных ландшафтов экосистем различного целевого назначения.

В ноосфере действует сложный комплекс факторов, включающий технологические, экономические, политические, юридические, моральные и иные социальные аспекты и порождающий новые подходы к динамике природных комплексов. Но в основе биосферных процессов и в этих новых условиях по-прежнему остаются биологические законы поддержания жизни как планетарного явления. Эта идея начинает проникать в сознание людей. Принцип биологического императива (Т.Сутт, 1988), основывающийся на понимании того, что выживание человека возможно лишь при сохранении жизни на Земле, приобретает все больше последователей. Это дает надежду, что на базе познания фундаментальных экологических закономерностей, с использованием современных научных и технических достижений, удастся сконструировать систему гармонического взаимодействия человечества и живой природы.

Л.Н.Гумилев трактует ноосферу как «сферу разума, продуктом которой является техника в самом широком смысле, включающем науку, искусство и литературу как кристаллизацию деятельности разума». С этой точки зрения была ноосфера кроманьонцев, шумеров, эллинов, ацтеков.

Концепция перехода России к устойчивому развитию завершается словами:

«Движение человечества к устойчивому развитию в конечном счете приведет к формированию предсказанной В.И.Вернадским сферы разума (ноосферы), когда мерилом национального и индивидуального богатства станут духовные ценности и знания Человека, живущего в гармонии с окружающей средой.»



1 Цитата по: А.В.Лапо, 1987.

2 От греч. noesis – мышление, разум.


Учебный материал
© bib.convdocs.org
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации